北京时间2026年3月5日，郑州大学物理学院金刚石材料与器件团队在国际顶级期刊《自然》上发表论文，成功攻克了六方金刚石制备这一难题。论文指出，他们通过大腔体单轴高压技术，成功合成出毫米级纯相六方金刚石块材。这种材料的硬度超越传统钻石，为半导体和极端材料应用提供了新方向。Nature杂志评价这一成果为“解决六方金刚石存在争议的终极证据”。IT之家消息报道了这次突破。中国科研团队，尤其是刘冰冰教授领导的吉林大学团队和北京高压科学研究中心的毛河光院士团队，在2025年也分别在六方金刚石合成领域取得重要进展。但是在精确的晶体结构和相变机制研究上还存在很多空白。针对这些问题，郑州大学团队耗时五年进行了深入研究。他们给高定向热解石墨进行预处理，采用受限滑移的思路，在20 GPa、1300℃的条件下成功制备出毫米尺寸的纯相六方金刚石。通过同步辐射 X 射线衍射、球差校正透射电子显微镜等手段，他们解析了晶体结构与成键特征，并证实了其为六方晶系金刚石。他们还和南京大学孙建教授合作，利用机器学习分子动力学模拟揭示了全新的相变路径。基于所获得的材料，研究人员通过超声波声速、纳米压痕和维氏硬度等方法系统表征了力学性能，结果显示其维氏硬度和剪切模量均优于传统立方金刚石。这些结果得到审稿人的高度评价，认为“truly convincing”（非常有说服力）、“provide a more complete picture”（提供了更完整的图景）、“resolve a long-standing controversy on the existence of hexagonal diamond”（解决了长久以来关于六方金刚石存在争议的问题）。这些成果不仅为实现人工合成六方金刚石提供了明确方案和关键证据，也为未来规模化制备及其应用铺平了道路。这项研究工作得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金以及郑州大学高层次人才经费等项目的资助。 金刚石因其极高的硬度、优异的热导率和广阔的应用前景而被誉为“工业牙齿”和“终极半导体”。传统金刚石为立方晶系结构，但早在1962年就有理论预言六方晶系结构可能存在。1967年科学家在陨石中发现了一种名为朗斯代尔石或陨石钻石的六方结构碳同素异形体。理论进一步预言这种独特的原子堆垛方式赋予其超越立方金刚石的硬度，引起了广泛关注。 然而天然六方金刚石仅以纳米级颗粒嵌在陨石中，极难分离；其形成源于陨石撞击产生的极端条件，过程短暂且概率极低。更为关键的是在实验条件下形成能垒高于立方金刚石，导致高温高压合成产物多以立方相为主。因此六方金刚石能否独立稳定存在一直存在争议，本征物性也因样品尺寸过小难以精确测量。 直到2025年才取得重要突破：吉林大学刘冰冰教授团队率先报道了六方金刚石块材的合成；同年7月北京高压科学研究中心毛河光院士团队利用高纯度天然单晶石墨也成功制备出六方金刚石。但目前对其形成机制和原子尺度精细结构仍缺乏清晰认识。 郑州大学金刚石材料与器件团队从设备研制入手开发大腔体单轴高压技术并成功合成导电金刚石材料 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA)。在此基础上以高定向热解石墨为前驱体提出石墨层受限滑移思路在20 GPa 1300℃条件下制备出毫米尺寸纯相六方金刚石。 通过同步辐射 X 射线衍射、球差校正透射电子显微镜及电子能量损失谱等手段系统解析晶体结构与成键特征获得原子级分辨图像证实为六方晶系金刚石。并与南京大学孙建教授合作结合机器学习分子动力学模拟揭示全新相变路径。 基于所获得材料采用超声波声速、纳米压痕和维氏硬度等方法系统表征力学性能结果表明其维氏硬度和剪切模量均优于传统立方金刚石。 审稿人评价该工作为“truly convincing”“provide a more complete picture”“resolve a long-standing controversy on the existence of hexagonal diamond”等相互印证进一步证实人工合成可行性也为规模化制备及其应用开辟路径。